Conceptos Básicos de Redes. Red de Computadoras

Transcripción

1 Conceptos Básicos de Redes Red de Computadoras Una red es un conjunto de dispositivos físicos "hardware" y de programas "software", mediante el cual podemos comunicar computadoras para compartir recursos (discos, impresoras, programas, etc.) así como trabajo (tiempo de cálculo, procesamiento de datos, etc.). A cada una de las computadoras conectadas a la red se le denomina un nodo. Los dispositivos físicos necesarios para construir una red son la tarjeta de comunicación instalada en cada una de las computadoras conectadas, el cableado que los une y los programas. Los programas de la red serán aquellos que establecen la comunicación entre las estaciones y los periféricos. Las redes difieren entre sí por los servicios que pueden prestar a los usuarios, o por el tipo comunidad de usuarios atraídos por el servicio. Podemos dividir las redes de computadoras en las siguientes categorías principales, redes vinculadas a Internet que ofrecen las herramientas "Internet", redes fuera de líneas, pproveedores de servicios comerciales, redes de conmutación (PSN). El motivo para establecer una red de computadoras nos permiten entender qué es una red y por qué esta puede ser de utilidad en una organización o institución tales como: Compartir de programas y archivos Las versiones de "software" para redes están disponibles con un ahorro en el precio comparativamente bajo a la compra de licencias de copias individuales. Los programas y sus archivos de datos se pueden guardar en un servidor de archivos al que pueden accesar muchos usuarios de la red a la misma vez. Compartir de recursos de red Entre los recursos de la red se incluyen las impresoras, los "Plotters" y los dispositivos de almacenamiento como torres ópticas o de disco. De esta forma la red proporciona un enlace de comunicación que permite que los usuarios compartan estos dispositivos. Compartir de base de datos Un servidor de bases de datos es una aplicación ideal para una red. Una función de la red denominada bloqueo de registros permite que varios usuarios puedan accesar a la vez a un archivo sin corromper los datos. Con el bloqueo de registros se asegura que dos usuarios no pueden accesar al mismo registro simultáneamente. Expansión económica de la Organización Las redes proporcionan una forma económica de aumentar el número de computadoras de una organización o institución. A la red se pueden conectar estaciones de trabajo baratas sin disco que utilicen el disco fijo del servidor para el arranque y el almacenamiento.

2 Crear grupos de trabajo Una red proporciona una forma de crear grupos de usuarios, dentro de una organización, que no necesariamente tienen que encontrarse dentro de un mismo departamento. Los grupos de trabajo facilitan las nuevas estructuras corporativas en las que personas de distintos y lejanos departamentos pertenecen a un proyecto o a grupos especiales. Correo electrónico( ) El correo electrónico permite que los usuarios puedan comunicarse fácilmente entre ellos. Los mensajes se dejan en <> para que los destinatarios los lean cuando estos quieran. Programas de grupo y de flujo de trabajo Los programas de grupo y de flujo de trabajo se han diseñado específicamente para las redes y aprovechan los sistemas de correo electrónico para ayudar a los usuarios a colaborar en proyectos, programación de tareas y el proceso de documentación al igual que el de aprobación de las etapas. Centralizar las operaciones Una red proporciona una forma de centralizar servidores y sus datos junto con otros recursos. Las actualizaciones del "hardware", las copias de seguridad del "software", el mantenimiento del sistema y la protección de éste resultan mucho más sencillas de manejar cuando los equipos están situados en solo lugar. Mejorar las estructura corporativa Las redes pueden cambiar la estructura de una organización y la forma en que se trabaja. Los usuarios que trabajan en un departamento específico o para una persona en específico ya no es necesario que se encuentren en la misma área física. Sus oficinas pueden encontrarse en donde su experiencia sea más necesaria. La red une los supervisores y compañeros de trabajo. Conceptos Básicos de Redes Las redes de información se pueden clasificar según su extensión y su topología. Una red puede empezar siendo pequeña para crecer junto con la organización o institución. A continuación se presenta los distintos tipos de redes disponibles: Tipos de Redes Extensión De acuerdo con la distribución geográfica: Segmento de red (subred) Un segmento de red suele ser definido por "hardware" o una dirección de red específica. Por ejemplo, en el entorno "Novell NetWare", en un segmento de red se incluyen todas las estaciones de trabajo conectadas

3 a una tarjeta de interfaz de red de un servidor y cada segmento tiene su propia dirección de red. Red de área locales (LAN) Una LAN es un segmento de red que tiene conectadas estaciones de trabajo y servidores o un conjunto de segmentos de red interconectados, generalmente dentro de la misma zona. Por ejemplo un edificio. Red de campus Una red de campus se extiende a otros edificios dentro de un campus o área industrial. Los diversos segmentos o LAN de cada edificio suelen conectarse mediante cables de la red de soporte. Red de área metropolitanas (MAN) Una red MAN es una red que se expande por pueblos o ciudades y se interconecta mediante diversas instalaciones públicas o privadas, como el sistema telefónico o los suplidores de sistemas de comunicación por microondas o medios ópticos. Tipos de Redes Red de área extensa (WAN y redes globales) Las WAN y redes globales se extienden sobrepasando las fronteras de las ciudades, pueblos o naciones. Los enlaces se realizan con instalaciones de telecomunicaciones públicas y privadas, además por microondas y satélites. Topología La topología o forma lógica de una red se define como la forma de tender el cable a estaciones de trabajo individuales; por muros, suelos y techos del edificio. Existe un número de factores a considerar para determinar cuál topología es la más apropiada para una situación dada. Existen tres topologías comunes: Anillo Las estaciones están unidas unas con otras formando un círculo por medio de un cable común. El último nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. Con esta metodología, cada nodo examina la información que es enviada a través del anillo. Si la información no está dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexión, se cae la red completa.

4 Estrella La red se une en un único punto, normalmente con un panel de control centralizado, como un concentrador de cableado. Los bloques de información son dirigidos a través del panel de control central hacia sus destinos. Este esquema tiene una ventaja al tener un panel de control que monitorea el tráfico y evita las colisiones y una conexión interrumpida no afecta al resto de la red. "Bus" Las estaciones están conectadas por un único segmento de cable. A diferencia del anillo, el bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo. Los nodos en una red de "bus" transmiten la información y esperan que ésta no vaya a chocar con otra información transmitida por otro de los nodos. Si esto ocurre, cada nodo espera una pequeña cantidad de tiempo al azar, después intenta retransmitir la información. Híbridas El bus lineal, la estrella y el anillo se combinan algunas veces para formar combinaciones de redes híbridas. Anillo en estrella: Esta topología se utiliza con el fin de facilitar la administración de la red. Físicamente, la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras que a nivel lógico, la red es un anillo. "Bus" en estrella: El fin es igual a la topología anterior. En este caso la red es un "bus" que se cablea físicamente como una estrella por medio de concentradores. Estrella jerárquica: Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica. Componentes de una Red Una red de computadoras consta de "hardware" y "software". En el "hardware" se incluyen las tarjetas de interfaz de red y los cables que las unen y en el "software" se encuentran los sistemas operativos del servidor, los protocolos de comunicación y los controladores de tarjetas de interfaz de la red. Para seleccionar el sistema operativo hay que saber la manera en que la red está organizada. Las redes se pueden organizar en: cliente-servidor, servidor de archivos y computación par a par. El "software" puede incorporar varias funciones de seguridad, proporciona los protocolos de comunicación y el manejo de la tarjeta de interfaz de la

5 red. Entre ellos podemos mencionar Microsoft Windows para trabajo en grupos, Microsoft Windows NT, Novell NetWare y Artisoft LANtastic. El medio físico es el medio utilizado para conectar los equipos informáticos que constituyen la red. Existen dos tipos de medios: Medio guiado Medio no guiado Componentes de una Red Medio guiado En él se incluye el cable de metal (cobre, aluminio, etc.) y cable de fibra óptica. El cable suele instalarse dentro de los edificios o conducciones subterráneas. Entre los cables de metal se incluye el cable de par trenzado y el cable coaxial. También hay disponible cable de fibra óptica con uno o varios filamentos de fibras de plástico o cristal. Los medios más comunes en la actualidad son: Cables Las personas que tienen que instalar los cables para las redes tienen que tomar decisiones importantes, tendrán que evaluar detenidamente las necesidades actuales y futuras y los requisitos de las aplicaciones multimedio de alto ancho de banda, videoconferencia e imágenes. Aunque muchas instituciones no pueden pagar lo que puede que necesiten en el futuro, la instalación de cable de tipo bajo limitará su crecimiento futuro. El cable y el equipo del cable deben cumplir con: los requisitos de transmisiones actuales y futuros las características eléctricas la topología Cables de Cobre Es una tecnología relativamente barata, bien conocida y fácil de instalar. Es el cable que suele elegirse en la mayoría de las instalaciones de redes a pesar de sus características eléctricas que producen ciertas limitaciones en la transmisión. Limitaciones: Es resistente al flujo de electrones, lo que limita la distancia de transmisión. radia señales que pueden detectarse y le afecta la radiación externa que puede distorsionar las señales. Los datos binarios se transmiten por el cable de cobre mediante la aplicación de un voltaje en un extremo y su recepción en el otro. Existen tres tipos principales de cables de cobre que se utilizan para transmitir señales digitales. Cable plano El cable de cobre plano consta de conductores de cobre rodeados por un aislante. Se utiliza para conectar diversos dispositivos periféricos a distancias cortas y a bajas

6 velocidades binarias. Los cables serial con los que se conectan los modem o las impresoras son de este tipo. El cable plano se ve afectado por diafonía en distancias largas, por lo que no sirve para las redes. Par trenzado El cable de par trenzado consta de conductores de núcleo de cobre rodeados por un aislante. Se trenzan dos conductores juntos para formar un par y dicho par forma un circuito por el que se pueden transmitir datos. Un cable es un haz que consta de uno o más pares trenzados rodeados por un aislante. El par trenzado no apantallado (UTP, Unshielded Twisted-Pair) es habitual en la red telefónica. El par trenzado apantallado (STP, Shielded Twisted-Pair) proporciona protección contra las interferencias. Este tipo de cable se utiliza en Ethernet, red en anillo con paso de testigo y otras topologías de red. En este tipo de cable se definen las siguientes categorías: Categoría 1 Es el cable telefónico de par trenzado no apantallado tradicional por el que se puede transmitir voz, pero no datos. La mayoría del cable telefónico instalado antes de 1983 es de esta categoría. Categoría 2 Es el cable de par trenzado no apantallado certificado para la transmisión de datos hasta 4 Mbps y similar al tipo 3 del sistema de cableado de IBM. Este cable tiene cuatro pares trenzados. Categoría 3 Admite velocidad de transmisión de 10 Mbps y es necesario para las topologías de red en anillo con paso de testigo (4 Mbps) y Ethernet 10 Base a 10 Mbps. El cable tiene cuatro pares y tres trenzas por cada pie. Categoría 4 Está certificado para velocidades de transmisión de 16 Mbps y es la calidad inferior aceptable para topologías de red en anillo con paso de testigo a 16 Mbps. El cable tiene cuatro pares. Categoría 5 Es cable de cobre de par trenzado a cuatro hilos de 100 ohm, que puede transmitir datos hasta 100 Mbps para admitir las tecnologías más recientes como Fast Ethernet y ATM. El cable tiene una baja capacidad y presenta una baja diafonía.

7 Cable coaxial El cable coaxial consta de un núcleo de cobre sólido rodeado por un aislante. Con el cable coaxial puede conseguirse mayores distancias que con el par trenzado. Es el medio más tradicional para las redes Ethernet y Arcnet, hoy en día son habituales los cables de par trenzado y de fibra óptica. Cables de Fibra Óptica Transmiten señales luminosas por un núcleo de dióxido de silicio, tan puro que una ventana de cinco kilómetros de gruesa construida con este material no distorsionaría la vista. Las transmisiones fotónicas no producen emisiones fuera del cable y no se ven afectadas por la radiación externa. Se recomienda el cable de fibra cuando la seguridad es clave. Las señales de las computadoras se transmiten por el cable de fibra óptica convirtiendo los 1 y los 0 electrónicos en pulsos de luz. Un diodo emisor de luz en un extremo emite pulsos de luz por un cable que recogen en el otro extremo con un sencillo fotodetector y se vuelven a convertir en señales eléctricas. Como las señales prácticamente no encuentran resistencia y no hay emisiones, las tasas de transmisión por cable de fibra sólo están limitadas por la pureza del núcleo de cristal, la calidad de los equipos y la velocidad de la luz. Sus principales características son: Una baja atenuación por Km cuando se transmite por las llamadas ventanas de transmisión, que están ubicadas en torno a los valores siguientes de longitud de onda: 0.8 mm, 1.3 mm y 1.55 mm. Esta última ventana es la que presenta menor atenuación. Total inmunidad al ruido y a las interferencias electromagnéticas, lo que constituye un medio especialmente útil en ambientes con alto ruido. Uso de potencias del orden de los mw, en comparación con otros medios de comunicaciones que requieren potencias mayores. Su pequeño tamaño y poco peso, hacen de ellas medios de comunicaciones fáciles de instalar, especialmente cuando se trata de completar sistemas sobre ductos preexistentes, sobrecargados por otro tipo de medios que no es posible eliminar. Teniendo en cuenta el modo de propagación, las fibras ópticas se clasifican en: Monomodo Las dimensiones del núcleo son comparables a la longitud de onda de luz, por lo cual hay un solo modo de propagación y no existe dispersión. Multimodo Contiene varios modos de propagación y ocurre en consecuencia al efecto de dispersión. A su vez estas últimas se subdividen en: Indice escalón Tiene dispersión, reducido ancho de banda y son de bajo costo, dado que resultan tecnológicamente sencillas de producir. Índice gradual Más costosas pero de gran ancho de banda. Se puede disminuir la dispersión haciendo variar lentamente el índice de refracción entre el núcleo y el recubrimiento.

8 Componentes de una Red Medio no guiado El representa la técnica que se utiliza para transmitir señales por el aire y el espacio desde el transmisor al receptor, tales como infrarrojos y microondas. Con este medio se pueden cubrir distancias más grandes. Los medios más comunes en la actualidad son: Satélite Los satélites de comunicaciones orbitando sobre un punto fijo de la tierra reciben las señales de radio de un amplificador en tierra y las transmite a su destino. La señal de entrada del satélite es recibida por una antena parabólica y se distribuye localmente mediante cables. Este medio se utiliza cuando la comunicación cubre millones de kilómetros. Microondas Las señales de microondas deben viajar sin obstrucciones, por esto las torres de retransmisión son instaladas en cimas de colinas y montes para enviar las señales sobre terrenos disparejos. También las torres de microondas son instaladas en techos elevados para enlazar oficinas que no están muy distantes. Radio Las ondas de radio pueden ser utilizadas como medio de comunicación estas permiten transmitir en distintas frecuencias. También pueden ser utilizadas en una escala geográfica más amplia. Protocolos Un protocolo de red es como un lenguaje para la comunicación de información. Son las reglas y procedimientos que se utilizan en una red para comunicarse entre los nodos que tienen acceso al sistema de cable. Los protocolos gobiernan dos niveles de comunicaciones: Los protocolos de alto nivel Estos definen la forma en que se comunican las aplicaciones. Los protocolos de bajo nivel Estos definen la forma en que se transmiten las señales por cable. Como es frecuente en el caso de las computadoras el constante cambio, también los protocolos están en continuo cambio. Actualmente, los protocolos más comúnmente utilizados en las redes son Ethernet, Token Ring y ARCNET. Cada uno de estos está diseñado para cierta clase de topología de red y tienen ciertas características estándar.

9 Ethernet Actualmente es el protocolo más sencillo y es de bajo costo. Utiliza la topología de Bus lineal. Token Ring El protocolo de red IBM es el Token ring, el cual se basa en la topología de anillo. ARNET Se basa en la topología de estrella o estrella distribuida, pero tiene una topología y protocolo propio. Equipos de Red NIC/MAU (Tarjeta de red) Network Interface Card (Tarjeta de interfaz de red) o Medium Access Unit (Medio de unidad de acceso). Cada computadora necesita el hardware para transmitir y recibir información. Es el dispositivo que conecta la computadora u otro equipo de red con el medio físico. La NIC es un tipo de tarjeta de expansión de la computadora y proporciona un puerto en la parte trasera de la PC al cual se conecta el cable de la red. Hoy en día cada vez son más los equipos que disponen de interfaz de red, principalmente Ethernet, incorporadas. A veces, es necesario, además de la tarjeta de red, un transceptor. Este es un dispositivo que se conecta al medio físico y a la tarjeta, bien porque no sea posible la conexión directa (10base 5) o porque el medio sea distinto del que utiliza la tarjeta. Hubs (Concentradores) Son equipos que permiten estructurar el cableado de las redes. La variedad de tipos y características de estos equipos es muy grande. En un principio eran solo concentradores de cableado, pero cada vez disponen de mayor número de capacidad de la red, gestión remota, etc. La tendencia es a incorporar más funciones en el concentrador. Existen concentradores para todo tipo de medios físicos. Repetidores Son equipos que actúan a nivel físico. Prolongan la longitud de la red uniendo dos segmentos y amplificando la señal, pero junto con ella amplifican también el ruido. La red sigue siendo una sola, con lo cual, siguen siendo válidas las limitaciones en cuanto al número de estaciones que pueden compartir el medio. Bridges (Puentes) Son equipos que unen dos redes actuando sobre los protocolos de bajo nivel, en el nivel de control de acceso al medio. Solo el tráfico de una red que va dirigido a la otra atraviesa el dispositivo. Esto permite a los administradores dividir las redes en segmentos lógicos, descargando de tráfico las interconexiones. Los bridges producen las señales, con lo cual no se transmite ruido a través de ellos.

10 Routers (Encaminadores) Son equipos de interconexión de redes que actúan a nivel de los protocolos de red. Permite utilizar varios sistemas de interconexión mejorando el rendimiento de la transmisión entre redes. Su funcionamiento es más lento que los bridges pero su capacidad es mayor. Permiten, incluso, enlazar dos redes basadas en un protocolo, por medio de otra que utilice un protocolo diferente. Gateways Son equipos para interconectar redes con protocolos y arquitecturas completamente diferentes a todos los niveles de comunicación. La traducción de las unidades de información reduce mucho la velocidad de transmisión a través de estos equipos. Servidores de terminales e impresoras Son equipos que permiten la conexión a la red de equipos periféricos tanto para la entrada como para la salida de datos. Estos dispositivos se ofrecen en la red como recursos compartidos. Así un terminal conectado a uno de estos dispositivos puede establecer sesiones contra varios ordenadores multiusuario disponibles en la red. Igualmente, cualquier sistema de la red puede imprimir en las impresoras conectadas a un servidor. Modems Son equipos que permiten a las computadoras comunicarse entre sí a través de líneas telefónicas; modulación y demodulación de señales electrónicas que pueden ser procesadas por computadoras. Los modems pueden ser externos (un dispositivo de comunicación) o interno (dispositivo de comunicación interno o tarjeta de circuitos que se inserta en una de las ranuras de expansión de la computadora). Servicios de la Red Servicio de Archivos Un usuario de la red puede buscar información y tener acceso a través de los recursos de la red. Usando este servicio un miembro de la facultad puede mirar el desempeño de un estudiante en un semestre previo. Servicio de Correo El usuario envía y recibe correspondencia electrónica. El correo electrónico facilita la comunicación entre miembros en el ambiente de computadoras. Usando correo electrónico, una persona puede establecer una conversación con otra, enviar archivos a otros departamentos y distribuir información a todos sus compañeros. Servicio de Impresión El usuario puede imprimir documentos a un printer. Algunos sistemas cargan los documentos en un "print queue" de un servidor y el usuario puede seguir trabajando mientras se va

11 imprimiendo el documento. Un "print server" es especialmente útil en un salón de clases y laboratorio ya que permite a varios estudiantes envían trabajos a la impresora simultáneamente. Servicio de Emulación de Terminal Permite acceso a diferentes tipos de estaciones de trabajo con diferentes sistemas operativos. Un profesor puede desde su oficina con una computadora accesar la computadora central localizada en centro de cómputos. Servicio de Comunicaciones Permite que el usuario desde una estación remota pueda comunicarse vía módem y que tenga acceso a los servicios de la red. Este servicio permite a una persona desde su casa enviar una carta a otra persona, establecer comunicación de máquina a máquina o utilizar todos los demás servicios de la Red.